Was ist der Unterschied zwischen NPN- und PNP-Transistoren?
Ein NPN- und ein PNP-Transistor sind bipolare Transistoren. Sie werden als Schalter oder Verstärker in elektronischen Schaltungen verwendet werden. Der Hauptunterschied zwischen ihnen liegt in der Polarität der anliegenden Spannungen und die Richtung der Ströme.
Die meisten Elektroniker können nur einfache Schaltungen mit einem NPN-Transistor bauen. Doch Elektroniker die auch Schaltungen mit PNP-Transistoren bauen können, haben viel breiteres Verständnis, wie man Schaltungen bauen kann.
- Ströme aus beiden Richtungen verarbeiten.
- Komplexe Signale verarbeiten.
- Bauteile sparen.
- Schaltungen und Geräte sicher betreiben.
Vergleich: Polarität, Spannungsverteilung und Stromfluss
| NPN-Transistor | PNP-Transistor |
 |
 |
Polarität
- Ein NPN-Transistor schaltet, wenn seine Basis positiver als sein Emitter ist.
- Ein PNP-Transistor schaltet, wenn seine Basis negativer als sein Emitter ist.
Stromfluss
- Beim NPN-Transistor fließt der elektrische Strom vom Kollektor zum Emitter. Der Basisstrom fließt in den Transistor hinein zum Emitter.
- Beim PNP-Transistor fließt der elektrische Strom vom Emitter zum Kollektor. Der Basisstrom fließt aus dem Transistor heraus.
Anwendungen
- Ein NPN-Transistor wird häufig in Schaltungen verwendet, die auf GND bezogen sind (low-side switch).
- Ein PNP-Transistor wird häufig in Schaltungen verwendet, die auf VCC bezogen sind (high-side switch).
Warum werden in der Aus- und Weiterbildung NPN-Transistoren bevorzugt?
- Einfachere und intuitive Logik
- Masse (GND) als gemeinsamer Bezugspunkt
- Historischer Grund
- Nachteile von PNP-Transistoren in der praktischen Anwendung
Einfachere und intuitive Logik
Schaltprinzip eines NPN-Transistors:
- Eingangssignal: HIGH = Transistor leitet = Ausgangssignal: HIGH
- Eingangssignal: LOW = Transistor sperrt = Ausgangssignal: LOW
Wenn das Schaltprinzip der Bauteile dem logischen Prinzip folgt, dann ist das einfach und intuitiv zu verstehen.
Schaltprinzip eines PNP-Transistors:
- Eingangssignal: LOW = Transistor leitet = Ausgangssignal: HIGH
- Eingangssignal: HIGH = Transistor sperrt = Ausgangssignal: LOW
Das Schaltprinzip ist umgekehrt und deshalb für Einsteiger kontraintuitiv und führt leicht zu Fehlern.
Masse (GND) als gemeinsamer Bezugspunkt
In der Elektronik sind alle Signale auf Masse (GND) bezogen. Masse bildet mit 0 Volt sogar einen zahlenmäßigen Referenzpunkt (Potential) innerhalb von Schaltungen, der im Prinzip immer gleich ist. Zumindest geht man oft davon aus.
- Beim NPN-Transistor muss die Basis-Spannung um ca. 0,7 Volt größer sein, als die Emitter-Spannung. Wenn der Emitter mit GND (= 0 Volt) verbunden ist, dann muss die Spannung an der Basis ca. 0,7 Volt betragen, damit der Transistor leitet.
- Beim PNP-Transistor muss die Basis-Spannung um ca. 0,7 Volt niedriger sein, als die Emitter-Spannung. Wenn der Emitter mit +VCC verbunden ist, dann muss die Spannung an der Basis von +VCC aus gesehen um ca. 0,7 Volt niedriger sein, damit der Transistor leitet.
Was ist dabei das Problem?
- Wie groß ist die Spannung an GND? 0 Volt
- Wie groß ist die Spannung an +VCC? Das hängt von der Spannungsquelle und der Belastung ab.
Während sich die Masse (GND) als Bezugspunkt mit 0 Volt zahlenmäßig gut verwenden lässt, ist das mit +VCC als Bezugspunkt mit einer veränderlichen Spannung schwer möglich. Das erschwert das Verständnis für Einsteiger.
Historischer Grund
Die heutige Lehre stammt aus einer Zeit mit diskreten Transistor-Schaltungen und TTL-Logik. Damals waren NPN-Transistoren schneller, günstiger und besser verfügbar. Dagegen hatten die frühen PNP-Transistoren eine schlechtere Verstärkung, langsamere Schaltzeiten und höhere Verluste (was heute nicht mehr gilt). Die Lehrinhalte haben sich daran orientiert und wurden nie geändert.
Nachteile von PNP-Transistoren in der praktischen Anwendung
- Ein Mikrocontroller kann seine GPIOs leicht nach GND ziehen, aber nur begrenzt nach VCC treiben.
- Wenn ich will, dass ein NPN-Transistor im Grundzustand nicht leitend ist, dann muss die Basis nur mit GND verbunden sein.
- Wenn ich will, dass ein PNP-Transistor im Grundzustand nicht leitend ist, dann muss die Basis mit +VCC verbunden sein.
Anwendungen und Schaltungen mit PNP-Transistor?
Die Frage ist, kann man einen PNP-Transistor sinnvoll nutzen? Na klar.
Grundsätzlich gilt, dass alle Transistor-Schaltungen mit einem NPN-Transistor auch mit einem PNP-Transistor funktionieren, wenn man die Schaltung einfach spiegelverkehrt aufbaut.
Der eigentliche Unterschied in der Praxis:
- Beim NPN-Transistor ist die Last (hier R1 und LED1) typischerweise mit VCC verbunden und GND wird geschaltet.
- Beim PNP-Transistor ist die Last (hier R3 und LED3) typischerweise mit GND verbunden und VCC wird geschaltet.
In einem guten Schaltungsdesign sollten alle Komponenten fest mit GND verbunden sein und VCC sollte geschaltet werden. Das realisiert man am einfachsten mit einem PNP-Transistor.
Weitere verwandte Themen:
Lernen mit Elektronik-Kompendium.de
Noch Fragen?
Bewertung und individuelles Feedback erhalten
Elektronik-Fibel
Elektronik einfach und leicht verständlich
Die Elektronik-Fibel ist ein Buch über die Grundlagen der Elektronik, Bauelemente, Schaltungstechnik und Digitaltechnik.
Elektronik-Fibel
Elektronik einfach und leicht verständlich
Die Elektronik-Fibel ist ein Buch über die Grundlagen der Elektronik, Bauelemente, Schaltungstechnik und Digitaltechnik.
Elektronik-Set Starter Edition
Elektronik erleben mit dem Elektronik-Set Starter Edition
Perfekt für Einsteiger und Wiedereinsteiger
Timer 555
Grundlagen und anwendungsorientierte Schaltungen
Dieser Elektronik-Workshop ist eine Kombination aus Grundlagen, anwendungsorientierten Schaltungen und Auszügen aus Datenblättern. Sie bekommen alles Wichtige zum Timer 555 in einem handlichen und praktischen Ringbuch gebündelt.
Operationsverstärker und Instrumentationsverstärker
Grundlagen und anwendungsorientierte Schaltungstechnik
Dieser Elektronik-Workshop ist eine Sammlung von Minikursen von Thomas Schaerer zum Thema Operationsverstärker und Instrumentationsverstärker, die auf der Webseite von Elektronik-Kompendium.de veröffentlicht sind.